JP2009016442A - Thermoelectric device - Google Patents

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JP2009016442A JP2007174253A JP2007174253A JP2009016442A JP 2009016442 A JP2009016442 A JP 2009016442A JP 2007174253 A JP2007174253 A JP 2007174253A JP 2007174253 A JP2007174253 A JP 2007174253A JP 2009016442 A JP2009016442 A JP 2009016442A
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insulating substrate
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Jiyunichi Teraki
潤一 寺木
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    • H10N10/17Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that a thermoelectric module utilizing a conventionally suggested thin film thermoelectric material has disadvantages such as incapability of increasing a temperature difference, greater heat loss from a board that leads to low efficiency, a smaller amount of heat absorption, difficulty in handling, difficulty in manufacture, etc. <P>SOLUTION: A thermoelectric element includes an insulating board (1), a first electrode (2b) formed on one surface of the insulating board (1), a second electrode (3c) formed on one surface of the insulating board (1) to be isolated from the first electrode (2b), a third electrode (9c) formed on the other surface of the insulating board (1) and connected to the second electrode (3c) through a through-hole (4) provided on the insulating board (1), and a first conductive first thermoelectric material (5b) formed on one surface of the insulating board (1) as a thin film so as to be in contact with the first electrode (2b) and the second electrode (3c). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜の熱電材料を用いた熱電素子に関する。   The present invention relates to a thermoelectric element using a thin film thermoelectric material.

近年、超格子構造などを利用した高性能の熱電材料が開発されているが、一般には基板上に薄膜(10nm〜10μm)でしか作製できないため、一般的に用いられているような熱電モジュールにすることは困難であった。熱電モジュールを作製するには1mm角程度の熱電材料が必要であるためである。
特開平06-029581号公報 特開平06-188464号公報 特開平10-173110号公報 特開2002-253426号公報
In recent years, high-performance thermoelectric materials using a superlattice structure have been developed, but in general, they can only be made as thin films (10 nm to 10 μm) on a substrate, so that they are generally used as thermoelectric modules. It was difficult to do. This is because a thermoelectric material of about 1 mm square is required to produce a thermoelectric module.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 06-029581 JP 06-188464 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-173110 JP 2002-253426 A

また、薄膜の熱電材料を利用した熱電モジュールも提案されているが、温度差を大きくできない、基板による熱損失が大きく効率が悪い、吸熱量が小さい、使いにくい、作製が難しいなどの課題があった。   In addition, thermoelectric modules using thin-film thermoelectric materials have been proposed, but there are problems such as a large temperature difference, large heat loss due to the substrate and poor efficiency, low heat absorption, difficult to use, and difficult to manufacture. It was.

第1の発明による熱電素子は、絶縁性基板(1)と、前記絶縁性基板(1)の一方の面に形成された第1の電極(2b)と、前記絶縁性基板(1)の前記一方の面に前記第1の電極(2b)と離隔して形成された第2の電極(3c)と、前記絶縁性基板(1)の他方の面に形成され、前記絶縁性基板(1)に設けられたスルーホール(4)によって前記第2の電極(3c)と接続された第3の電極(9c)と、前記絶縁性基板(1)の前記一方の面に前記第1の電極(2b)と前記第2の電極(3c)とに接するように薄膜形成された第1導電型の第1の熱電材料(5b)とを備えることを特徴とする。   The thermoelectric element according to the first invention includes an insulating substrate (1), a first electrode (2b) formed on one surface of the insulating substrate (1), and the insulating substrate (1). A second electrode (3c) formed on one side of the first electrode (2b) and spaced apart from the first electrode (2b), and formed on the other side of the insulating substrate (1), the insulating substrate (1) A third electrode (9c) connected to the second electrode (3c) by a through hole (4) provided in the first electrode (1) on the one surface of the insulating substrate (1). 2b) and a first thermoelectric material of the first conductivity type (5b) formed in a thin film so as to be in contact with the second electrode (3c).

上記熱電素子では、第1の電極(2b)と第2の電極(3c)との間に電流を流すことにより、第1の電極(2b)と第1の熱電材料(5b)との界面および第2の電極(3c)と第1の熱電材料(5b)との界面においてペルチェ効果により吸熱および発熱が発生する。その結果、第1の熱電材料(5b)の両端には、それに相当した温度差が発生する。上記熱電素子では、絶縁性基板(1)の一方の面に形成された第2の電極(3c)と他方の面に形成された第3の電極(9c)とがスルーホール(4)によって接続されているため、絶縁性基板(1)の一方の面から吸熱し他方の面から放熱する形式の熱電モジュールを実現することができる。これは従来の熱電モジュールと同様の形式であるため使いやすい。また、基板(1)の一方の面にのみ熱電材料(5b)を薄膜形成するため、作製が簡単である。さらに、薄膜形成された熱電材料(5b)の面内方向に電流を流し温度差を得るため、低温側から高温側までの距離を大きくすることができ、温度差を大きく取ることができる。   In the thermoelectric element, by passing a current between the first electrode (2b) and the second electrode (3c), the interface between the first electrode (2b) and the first thermoelectric material (5b) and At the interface between the second electrode (3c) and the first thermoelectric material (5b), heat absorption and heat generation occur due to the Peltier effect. As a result, a temperature difference corresponding to both ends of the first thermoelectric material (5b) is generated. In the thermoelectric element, the second electrode (3c) formed on one surface of the insulating substrate (1) and the third electrode (9c) formed on the other surface are connected by a through hole (4). Therefore, it is possible to realize a thermoelectric module that absorbs heat from one surface of the insulating substrate (1) and dissipates heat from the other surface. This is easy to use because it has the same format as a conventional thermoelectric module. Further, since the thermoelectric material (5b) is formed as a thin film only on one surface of the substrate (1), the production is simple. Furthermore, since a current flows in the in-plane direction of the thermoelectric material (5b) formed with a thin film to obtain a temperature difference, the distance from the low temperature side to the high temperature side can be increased, and the temperature difference can be increased.

第2の発明は、上記第1の発明において、前記絶縁性基板(1)の前記一方の面に前記第1の電極(2b)および前記第2の電極(3c)と離隔して形成された第4の電極(2c)と、前記絶縁性基板(1)の前記一方の面に前記第2の電極(3c)と前記第4の電極(2c)とに接するように薄膜形成された第2導電型の第2の熱電材料(6c)とをさらに備えることを特徴とする。   According to a second invention, in the first invention, the insulating substrate (1) is formed on the one surface so as to be separated from the first electrode (2b) and the second electrode (3c). A fourth electrode (2c) and a second thin film formed on the one surface of the insulating substrate (1) so as to be in contact with the second electrode (3c) and the fourth electrode (2c) And a second thermoelectric material (6c) of a conductive type.

上記熱電素子では、第1の電極(2b)と第4の電極(2c)との間に電流を流すことにより、[第1の電極(2b)と第1の熱電材料(5b)との界面,第4の電極(2c)と第2の熱電材料(6c)との界面]および[第2の電極(3c)と第1の熱電材料(5b)との界面,第2の電極(3c)と第2の熱電材料(6c)との界面]においてペルチェ効果により吸熱および発熱が発生する。その結果、各熱電材料(5b,6c)の両端には、それに相当した温度差が発生する。上記熱電素子では、絶縁性基板(1)の一方の面に形成された第2の電極(3c)と他方の面に形成された第3の電極(9c)とがスルーホール(4)によって接続されているため、絶縁性基板(1)の一方の面から吸熱し他方の面から放熱する形式の熱電モジュールを実現することができる。これは従来の熱電モジュールと同様の形式であるため使いやすい。また、基板(1)の一方の面にのみ熱電材料(5b,6c)を薄膜形成するため、作製が簡単である。さらに、薄膜形成された熱電材料(5b,6c)の面内方向に電流を流し温度差を得るため、低温側から高温側までの距離を大きくすることができ、温度差を大きく取ることができる。   In the thermoelectric element, by passing a current between the first electrode (2b) and the fourth electrode (2c), [the interface between the first electrode (2b) and the first thermoelectric material (5b)]. , Interface between fourth electrode (2c) and second thermoelectric material (6c)] and [interface between second electrode (3c) and first thermoelectric material (5b), second electrode (3c) And the second thermoelectric material (6c)], heat absorption and heat generation occur due to the Peltier effect. As a result, a temperature difference corresponding to both ends of each thermoelectric material (5b, 6c) is generated. In the thermoelectric element, the second electrode (3c) formed on one surface of the insulating substrate (1) and the third electrode (9c) formed on the other surface are connected by a through hole (4). Therefore, it is possible to realize a thermoelectric module that absorbs heat from one surface of the insulating substrate (1) and dissipates heat from the other surface. This is easy to use because it has the same format as a conventional thermoelectric module. Further, since the thermoelectric material (5b, 6c) is formed as a thin film only on one surface of the substrate (1), the production is simple. Furthermore, in order to obtain a temperature difference by flowing a current in the in-plane direction of the thermoelectric material (5b, 6c) formed into a thin film, the distance from the low temperature side to the high temperature side can be increased, and the temperature difference can be increased. .

第3の発明は、上記第1の発明において、前記絶縁性基板(1)の前記一方の面に前記第1の電極(2b)および前記第2の電極(3c)と離隔して形成された第4の電極(3b)と、前記絶縁性基板(1)の前記他方の面に前記第3の電極(9c)と離隔して形成され、前記絶縁性基板(1)に設けられたスルーホール(4)によって前記第4の電極(3b)と接続された第5の電極(9b)と、前記絶縁性基板(1)の前記一方の面に前記第1の電極(2b)と前記第4の電極(3b)とに接するように薄膜形成された第2導電型の第2の熱電材料(6b)とをさらに備えることを特徴とする。   According to a third invention, in the first invention, the insulating substrate (1) is formed on the one surface so as to be separated from the first electrode (2b) and the second electrode (3c). A fourth hole (3b) and a through hole formed on the other surface of the insulating substrate (1) and spaced apart from the third electrode (9c) and provided in the insulating substrate (1) A fifth electrode (9b) connected to the fourth electrode (3b) by (4), and the first electrode (2b) and the fourth electrode on the one surface of the insulating substrate (1). And a second thermoelectric material (6b) of the second conductivity type formed in a thin film so as to be in contact with the electrode (3b).

上記熱電素子では、第2の電極(3c)と第4の電極(3b)との間に電流を流すことにより、[第1の電極(2b)と第1の熱電材料(5b)との界面,第1の電極(2b)と第2の熱電材料(6b)との界面]および[第2の電極(3c)と第1の熱電材料(5b)との界面,第4の電極(3b)と第2の熱電材料(6b)との界面]においてペルチェ効果により吸熱および発熱が発生する。その結果、各熱電材料(5b,6b)の両端には、それに相当した温度差が発生する。上記熱電素子では、絶縁性基板(1)の一方の面に形成された第2の電極(3c),第4の電極(3b)と他方の面に形成された第3の電極(9c),第5の電極(9b)とがそれぞれスルーホール(4)によって接続されているため、絶縁性基板(1)の一方の面から吸熱し他方の面から放熱する形式の熱電モジュールを実現することができる。これは従来の熱電モジュールと同様の形式であるため使いやすい。また、基板(1)の一方の面にのみ熱電材料(5b,6b)を薄膜形成するため、作製が簡単である。さらに、薄膜形成された熱電材料(5b,6b)の面内方向に電流を流し温度差を得るため、低温側から高温側までの距離を大きくすることができ、温度差を大きく取ることができる。   In the thermoelectric element, by passing a current between the second electrode (3c) and the fourth electrode (3b), [the interface between the first electrode (2b) and the first thermoelectric material (5b)]. , Interface between first electrode (2b) and second thermoelectric material (6b)] and [interface between second electrode (3c) and first thermoelectric material (5b), fourth electrode (3b) And the second thermoelectric material (6b)], heat absorption and heat generation occur due to the Peltier effect. As a result, a temperature difference corresponding to both ends of each thermoelectric material (5b, 6b) is generated. In the thermoelectric element, the second electrode (3c), the fourth electrode (3b) formed on one surface of the insulating substrate (1), and the third electrode (9c) formed on the other surface, Since the fifth electrode (9b) is connected to each other through the through hole (4), it is possible to realize a thermoelectric module that absorbs heat from one surface of the insulating substrate (1) and dissipates heat from the other surface. it can. This is easy to use because it has the same format as a conventional thermoelectric module. Further, since the thermoelectric material (5b, 6b) is formed in a thin film only on one surface of the substrate (1), the production is simple. Furthermore, in order to obtain a temperature difference by flowing a current in the in-plane direction of the thermoelectric material (5b, 6b) formed into a thin film, the distance from the low temperature side to the high temperature side can be increased, and the temperature difference can be increased. .

第4の発明は、上記第1の発明において、前記第1の電極(2b)および前記第2の電極(3c)の各々と前記第1の熱電材料(5b)との接合部の幅は前記第1の熱電材料(5b)の厚みよりも大きいことを特徴とする。   In a fourth aspect based on the first aspect, the width of the joint between each of the first electrode (2b) and the second electrode (3c) and the first thermoelectric material (5b) is It is characterized by being larger than the thickness of the first thermoelectric material (5b).

上記熱電素子では、接合部の電気抵抗および熱抵抗が小さくなり、周辺の電流密度および熱密度も小さくなるため、損失が減り性能が向上する。   In the thermoelectric element, the electrical resistance and thermal resistance of the junction are reduced, and the peripheral current density and thermal density are also reduced, so that loss is reduced and performance is improved.

第5の発明は、上記第1の発明において、前記第1の電極(2b)および前記第2の電極(3c)の各々の厚みは前記第1の熱電材料(5b)の厚みよりも大きいことを特徴とする。   According to a fifth invention, in the first invention, the thickness of each of the first electrode (2b) and the second electrode (3c) is larger than the thickness of the first thermoelectric material (5b). It is characterized by.

上記熱電素子では、接合部の電気抵抗および熱抵抗が小さくなり、周辺の電流密度および熱密度も小さくなるため、損失が減り性能が向上する。   In the thermoelectric element, the electrical resistance and thermal resistance of the junction are reduced, and the peripheral current density and thermal density are also reduced, so that loss is reduced and performance is improved.

第6の発明は、第1の発明において、前記絶縁性基板(1)は、前記第1の熱電材料(5b)が形成されている部分の下部の少なくとも一部分に断熱部(15)が形成されていることを特徴とする。   In a sixth aspect based on the first aspect, the insulating substrate (1) has a heat insulating portion (15) formed at least at a part of a lower portion of the portion where the first thermoelectric material (5b) is formed. It is characterized by.

上記熱電素子によれば、基板(1)による熱損失を小さくすることができ、性能を向上させることができる。   According to the thermoelectric element, heat loss due to the substrate (1) can be reduced, and performance can be improved.

第7の発明は、上記第1の発明において、前記第1の電極(2b)の表面積は前記第2の電極(3c)の表面積よりも大きいことを特徴とする。   According to a seventh invention, in the first invention, the surface area of the first electrode (2b) is larger than the surface area of the second electrode (3c).

上記熱電素子では、表面積の大きい第1の電極(2b)が吸熱側電極となるように第1の電極(2b)と第2の電極(3c)との間に電流を流すことにより、基板(1)の一方の面での吸熱面積(吸熱が発生する部分の面積)を大きくすることができ、吸熱側電極の熱抵抗を下げて性能を上げることができる。   In the thermoelectric element described above, a current is passed between the first electrode (2b) and the second electrode (3c) so that the first electrode (2b) having a large surface area becomes the heat absorption side electrode. The endothermic area on one side of 1) (the area where heat is generated) can be increased, and the thermal resistance of the endothermic electrode can be lowered to improve performance.

第8の発明は、上記第1の発明において、前記第1の電極(2b)は前記第2の電極(3c)よりも前記絶縁性基板(1)の垂直方向に高く形成されていることを特徴とする。   In an eighth aspect based on the first aspect, the first electrode (2b) is formed higher in the vertical direction of the insulating substrate (1) than the second electrode (3c). Features.

上記熱電素子では、第1の電極(2b)の上に伝熱板を設ける場合に、第2の電極(3c)と伝熱板との間に空間を設けるための溝加工を伝熱板に施す必要がなくなるため作製が容易になる。   In the thermoelectric element, when a heat transfer plate is provided on the first electrode (2b), a groove is formed on the heat transfer plate to provide a space between the second electrode (3c) and the heat transfer plate. Since it is not necessary to apply, it is easy to manufacture.

第9の発明は、第1の発明において、前記第1の熱電材料(5b)は、前記第1の電極(2b)および前記第2の電極(3c)の各々と前記絶縁性基板(1)との段差部分に形成されていることを特徴とする。   According to a ninth invention, in the first invention, the first thermoelectric material (5b) includes the first electrode (2b) and the second electrode (3c) and the insulating substrate (1). It is formed in the level | step difference part.

上記熱電素子によれば、基板(1)と電極(2b,3c)上面とを同一平面にする必要がなくなるため、基板(1)の作製が容易になる。   According to the thermoelectric element, it is not necessary to make the substrate (1) and the upper surfaces of the electrodes (2b, 3c) flush with each other, so that the substrate (1) can be easily manufactured.

第10の発明は、上記第1の発明において、前記第1の電極(2b)および前記第2の電極(3c)の各々は、前記第1の熱電材料(5b)と前記絶縁性基板(1)との段差部分を覆うように形成されていることを特徴とする。   In a tenth aspect based on the first aspect, each of the first electrode (2b) and the second electrode (3c) includes the first thermoelectric material (5b) and the insulating substrate (1 ) To cover the step portion.

上記熱電素子によれば、基板(1)と電極(2b,3c)とを同一平面にする必要がなくなるため、基板(1)の作製が容易になる。   According to the thermoelectric element, it is not necessary to make the substrate (1) and the electrodes (2b, 3c) coplanar, so that the substrate (1) can be easily manufactured.

第11の発明は、上記第1の発明において、前記絶縁性基板(1)は、ベース基板(1a)と断熱基板(1b)との積層基板で構成されていることを特徴とする。   In an eleventh aspect based on the first aspect, the insulating substrate (1) is composed of a laminated substrate of a base substrate (1a) and a heat insulating substrate (1b).

上記熱電素子では、絶縁性基板(1)を、強度が高いベース基板(1a)と断熱性の高い断熱基板(1b)との積層構造としているため、断熱性と剛性・強度とを両立することができる。   In the above thermoelectric element, the insulating substrate (1) has a laminated structure of a base substrate (1a) having high strength and a heat insulating substrate (1b) having high heat insulating properties, so that both heat insulating properties and rigidity / strength are compatible. Can do.

第1の発明による熱電素子では、絶縁性基板(1)の一方の面に形成された第2の電極(3c)と他方の面に形成された第3の電極(9c)とがスルーホール(4)によって接続されているため、絶縁性基板(1)の一方の面から吸熱し他方の面から放熱する形式の熱電モジュールを実現することができる。これは従来の熱電モジュールと同様の形式であるため使いやすい。また、基板(1)の一方の面にのみ熱電材料(5b)を薄膜形成するため、作製が簡単である。さらに、薄膜形成された熱電材料(5b)の面内方向に電流を流し温度差を得るため、低温側から高温側までの距離を大きくすることができ、温度差を大きく取ることができる。   In the thermoelectric element according to the first invention, the second electrode (3c) formed on one surface of the insulating substrate (1) and the third electrode (9c) formed on the other surface are through holes ( Since they are connected by 4), it is possible to realize a thermoelectric module that absorbs heat from one surface of the insulating substrate (1) and dissipates heat from the other surface. This is easy to use because it has the same format as a conventional thermoelectric module. Further, since the thermoelectric material (5b) is formed as a thin film only on one surface of the substrate (1), the production is simple. Furthermore, since a current flows in the in-plane direction of the thermoelectric material (5b) formed with a thin film to obtain a temperature difference, the distance from the low temperature side to the high temperature side can be increased, and the temperature difference can be increased.

第2の発明による熱電素子では、絶縁性基板(1)の一方の面に形成された第2の電極(3c)と他方の面に形成された第3の電極(9c)とがスルーホール(4)によって接続されているため、絶縁性基板(1)の一方の面から吸熱し他方の面から放熱する形式の熱電モジュールを実現することができる。これは従来の熱電モジュールと同様の形式であるため使いやすい。また、基板(1)の一方の面にのみ熱電材料(5b,6c)を薄膜形成するため、作製が簡単である。さらに、薄膜形成された熱電材料(5b,6c)の面内方向に電流を流し温度差を得るため、低温側から高温側までの距離を大きくすることができ、温度差を大きく取ることができる。   In the thermoelectric element according to the second aspect of the invention, the second electrode (3c) formed on one surface of the insulating substrate (1) and the third electrode (9c) formed on the other surface are through holes ( Since they are connected by 4), it is possible to realize a thermoelectric module that absorbs heat from one surface of the insulating substrate (1) and dissipates heat from the other surface. This is easy to use because it has the same format as a conventional thermoelectric module. Further, since the thermoelectric material (5b, 6c) is formed as a thin film only on one surface of the substrate (1), the production is simple. Furthermore, in order to obtain a temperature difference by flowing a current in the in-plane direction of the thermoelectric material (5b, 6c) formed into a thin film, the distance from the low temperature side to the high temperature side can be increased, and the temperature difference can be increased. .

第3の発明による熱電素子では、絶縁性基板(1)の一方の面に形成された第2の電極(3c),第4の電極(3b)と他方の面に形成された第3の電極(9c),第5の電極(9b)とがそれぞれスルーホール(4)によって接続されているため、絶縁性基板(1)の一方の面から吸熱し他方の面から放熱する形式の熱電モジュールを実現することができる。これは従来の熱電モジュールと同様の形式であるため使いやすい。また、基板(1)の一方の面にのみ熱電材料(5b,6b)を薄膜形成するため、作製が簡単である。さらに、薄膜形成された熱電材料(5b,6b)の面内方向に電流を流し温度差を得るため、低温側から高温側までの距離を大きくすることができ、温度差を大きく取ることができる。   In the thermoelectric element according to the third invention, the second electrode (3c) and the fourth electrode (3b) formed on one surface of the insulating substrate (1) and the third electrode formed on the other surface. Since the (9c) and the fifth electrode (9b) are connected to each other through the through hole (4), a thermoelectric module that absorbs heat from one surface of the insulating substrate (1) and dissipates heat from the other surface is provided. Can be realized. This is easy to use because it has the same format as a conventional thermoelectric module. Further, since the thermoelectric material (5b, 6b) is formed in a thin film only on one surface of the substrate (1), the production is simple. Furthermore, in order to obtain a temperature difference by flowing a current in the in-plane direction of the thermoelectric material (5b, 6b) formed into a thin film, the distance from the low temperature side to the high temperature side can be increased, and the temperature difference can be increased. .

第4および第5の発明による熱電素子では、接合部の電気抵抗および熱抵抗が小さくなり、周辺の電流密度および熱密度も小さくなるため、損失が減り性能が向上する。   In the thermoelectric elements according to the fourth and fifth inventions, the electrical resistance and thermal resistance of the joint portion are reduced, and the current density and thermal density of the periphery are also reduced, so that loss is reduced and performance is improved.

第6の発明による熱電素子によれば、基板(1)による熱損失を小さくすることができ、性能を向上させることができる。   According to the thermoelectric element of the sixth invention, the heat loss due to the substrate (1) can be reduced, and the performance can be improved.

第7の発明による熱電素子では、表面積の大きい第1の電極(2b)が吸熱側電極となるように第1の電極(2b)と第2の電極(3c)との間に電流を流すことにより、基板(1)の一方の面での吸熱面積(吸熱が発生する部分の面積)を大きくすることができ、吸熱側電極の熱抵抗を下げて性能を上げることができる。   In the thermoelectric device according to the seventh aspect of the invention, a current is passed between the first electrode (2b) and the second electrode (3c) so that the first electrode (2b) having a large surface area becomes the heat absorption side electrode. As a result, the endothermic area on one surface of the substrate (1) (the area of the part where the endotherm is generated) can be increased, and the thermal resistance of the endothermic electrode can be lowered to improve the performance.

第8の発明による熱電素子では、第1の電極(2b)の上に伝熱板を設ける場合に、第2の電極(3c)と伝熱板との間に空間を設けるための溝加工を伝熱板に施す必要がなくなるため作製が容易になる。   In the thermoelectric element according to the eighth aspect of the invention, when a heat transfer plate is provided on the first electrode (2b), a groove is formed to provide a space between the second electrode (3c) and the heat transfer plate. Since it is not necessary to apply to the heat transfer plate, the production becomes easy.

第9および第10の発明による熱電素子によれば、基板(1)と電極(2b,3c)上面とを同一平面にする必要がなくなるため、基板(1)の作製が容易になる。   According to the thermoelectric elements of the ninth and tenth inventions, it is not necessary to make the substrate (1) and the upper surfaces of the electrodes (2b, 3c) flush with each other, so that the substrate (1) can be easily manufactured.

第11の発明による熱電素子では、絶縁性基板(1)を、強度が高いベース基板(1a)と断熱性の高い断熱基板(1b)との積層構造としているため、断熱性と剛性・強度とを両立することができる。   In the thermoelectric element according to the eleventh invention, the insulating substrate (1) has a laminated structure of a base substrate (1a) having a high strength and a heat insulating substrate (1b) having a high heat insulating property. Can be achieved.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、図面において実質的に同一の部分には同じ参照符号を付けてその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, substantially the same parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

[第1の実施形態]
第1の実施形態による熱電モジュールの概略構造を図1〜3に示す。図1は基板上面(表面)からみた概略平面図、図2は基板下面(裏面)からみた概略平面図、図3は基板の概略断面図をそれぞれ示している。
[First Embodiment]
A schematic structure of the thermoelectric module according to the first embodiment is shown in FIGS. 1 is a schematic plan view seen from the upper surface (front surface) of the substrate, FIG. 2 is a schematic plan view seen from the lower surface (back surface) of the substrate, and FIG. 3 is a schematic sectional view of the substrate.

図1に示すように、この熱電モジュールでは、絶縁性基板(1)の上面に細帯状の複数の吸熱側電極(2a〜2h),放熱側電極(3a〜3i),p型熱電材料(5a〜5h),n型熱電材料(6a〜6h)が形成されている。これらは放熱側電極(3a),n型熱電材料(6a),吸熱側電極(2a),p型熱電材料(5a),放熱側電極(3b),…,p型熱電材料(5h),放熱側電極(3i)の順に配置されており、両端の放熱側電極(3a,3i)には電線(7,8)が接続されている。p型熱電材料(5a〜5h)およびn型熱電材料(6a〜6h)の各々は両隣の各電極(2a〜2h,3a〜3i)に接するように蒸着等の方法により薄膜状に形成されている。一方、絶縁性基板(1)の下面には、図2に示すように、細帯状の複数の放熱側電極(9a〜9i)が形成されている。図3に示すように、絶縁性基板(1)の上面に形成された放熱側電極(3a〜3i)の各々は、スルーホール(4)によって、絶縁性基板(1)下面の対応する放熱側電極(9a〜9i)に接続されている。スルーホール(4)は例えば基板(1)に穴あきで形成しておきペーストで埋める等により形成される。   As shown in FIG. 1, in this thermoelectric module, a plurality of strip-like heat absorption side electrodes (2a to 2h), heat radiation side electrodes (3a to 3i), p-type thermoelectric material (5a) are formed on the upper surface of the insulating substrate (1). ~ 5h), n-type thermoelectric materials (6a ~ 6h) are formed. These are the heat dissipation side electrode (3a), n-type thermoelectric material (6a), heat absorption side electrode (2a), p type thermoelectric material (5a), heat dissipation side electrode (3b), ..., p type thermoelectric material (5h), heat dissipation The side electrodes (3i) are arranged in this order, and the electric wires (7, 8) are connected to the heat radiation side electrodes (3a, 3i) at both ends. Each of the p-type thermoelectric material (5a-5h) and the n-type thermoelectric material (6a-6h) is formed into a thin film by a method such as vapor deposition so as to be in contact with the adjacent electrodes (2a-2h, 3a-3i). Yes. On the other hand, on the lower surface of the insulating substrate (1), as shown in FIG. 2, a plurality of strip-shaped heat radiation side electrodes (9a to 9i) are formed. As shown in FIG. 3, each of the heat radiation side electrodes (3a to 3i) formed on the upper surface of the insulating substrate (1) is connected to the corresponding heat radiation side of the lower surface of the insulating substrate (1) by a through hole (4). It is connected to the electrodes (9a to 9i). The through hole (4) is formed, for example, by forming a hole in the substrate (1) and filling it with a paste.

基板(1)については絶縁性でかつ断熱性の高いものが望ましい。これは放熱側(高温側)から吸熱側(低温側)への熱漏れを防ぐためである。基板(1)の材料としては、ガラス,樹脂,発泡樹脂などが考えられる。   The substrate (1) is preferably insulative and highly heat-insulating. This is to prevent heat leakage from the heat dissipation side (high temperature side) to the heat absorption side (low temperature side). As the material of the substrate (1), glass, resin, foamed resin, and the like are conceivable.

各電極(2a〜2h,3a〜3i,9a〜9i)は、電気抵抗が小さく熱伝導率が高い材料(たとえば銅,アルミなど)で形成されることが望ましい。また、各熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)との接合を良好にしたり、耐久性を上げるために、各電極(2a〜2h,3a〜3i,9a〜9i)にはニッケル,金などのメッキをすることが望ましい。   Each electrode (2a to 2h, 3a to 3i, 9a to 9i) is preferably formed of a material (for example, copper, aluminum, etc.) having low electrical resistance and high thermal conductivity. In addition, each electrode (2a-2h, 3a-3i, 9a-9i) has nickel, gold, etc. in order to improve the bonding with each thermoelectric material (5a-5h, 6a-6h) or increase the durability. It is desirable to plate.

また、図3に示すように、基板(1)の上下にはそれぞれ絶縁層(10,11)を介して伝熱板(12,13)が設けられている。これは熱を均一化し、モジュールの上面から下面に熱を流すためであり、これにより通常の熱電モジュールと同様の使い方ができ使いやすくなる。なお、吸熱側伝熱板(12)には、各熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)および各放熱側電極(3a〜3i)との間の熱伝導を避けるために溝状の空間(14)が形成されている。   As shown in FIG. 3, heat transfer plates (12, 13) are provided above and below the substrate (1) via insulating layers (10, 11), respectively. This is because the heat is made uniform and the heat flows from the upper surface to the lower surface of the module, which makes it possible to use the same as a normal thermoelectric module and make it easy to use. In addition, in the heat absorption side heat transfer plate (12), in order to avoid heat conduction between each thermoelectric material (5a to 5h, 6a to 6h) and each heat radiation side electrode (3a to 3i), a groove-like space ( 14) is formed.

本実施形態の熱電モジュールでは、電極(3a,3i)間に電線(7,8)により電流を流すことにより(図1参照)、各吸熱側電極(2a〜2h)と各熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)との界面において吸熱が発生し、各放熱側電極(3a〜3i)と各熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)との界面において放熱が発生する。その結果、各熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)の両端には、それに相当した温度差が発生する。本実施形態の熱電モジュールは、絶縁性基板(1)上面に形成された放熱側電極(3a〜3i)と下面に形成された放熱側電極(9a〜9i)とがスルーホール(4)によって接続されているため、基板(1)上面の吸熱側伝熱板(12)および吸熱側電極(2a〜2h)から吸熱し、下面の放熱側電極(3a〜3i)および放熱側伝熱板(13)から放熱する形式の熱電モジュールとなっている。これは従来の熱電モジュールと同様の形式であるため使いやすい。   In the thermoelectric module of the present embodiment, by passing a current through the wires (7, 8) between the electrodes (3a, 3i) (see FIG. 1), each heat absorption side electrode (2a-2h) and each thermoelectric material (5a- 5h, 6a-6h) endothermic heat is generated, and heat dissipation is generated at the interface between each heat radiation side electrode (3a-3i) and each thermoelectric material (5a-5h, 6a-6h). As a result, a temperature difference corresponding to both ends of each thermoelectric material (5a to 5h, 6a to 6h) is generated. In the thermoelectric module of the present embodiment, the heat radiation side electrodes (3a to 3i) formed on the upper surface of the insulating substrate (1) and the heat radiation side electrodes (9a to 9i) formed on the lower surface are connected by a through hole (4). Therefore, heat is absorbed from the heat absorption side heat transfer plate (12) and the heat absorption side electrodes (2a to 2h) on the upper surface of the substrate (1), and the heat dissipation side electrodes (3a to 3i) and the heat dissipation side heat transfer plates (13 ) Is a type of thermoelectric module that dissipates heat. This is easy to use because it has the same format as a conventional thermoelectric module.

また、熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)は基板(1)上面にのみ形成されるため、製造工程において基板(1)を裏返す等の必要はなく作製は容易である。   Further, since the thermoelectric materials (5a to 5h, 6a to 6h) are formed only on the upper surface of the substrate (1), it is not necessary to turn the substrate (1) upside down in the manufacturing process, and the production is easy.

また、薄膜形成された熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)の面内方向に電流を流し温度差を得るため、低温側から高温側までの距離を大きくすることができ、温度差を大きく取ることができる。具体的に、各熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)の厚みをt、幅をW(図1参照)、長さをL(図3参照)、各電極(2a〜2h,3a〜3i)との接合部長さをLc(図3参照)として説明すると、電流は薄膜の面内方向に流れるため、温度差も面内方向に付くことになり、薄膜であってもLを大きく取れるため、温度差を大きく取ることができる。また、tに比べWを極端に大きく(たとえば1000倍程度)、Lをtの例えば10倍程度とすることにより、素子の形状因子(L/tW)を通常のペルチェモジュールと同等にすることができるため、通常のペルチェモジュールと同様の特性(抵抗、吸熱量、効率など)を得ることができる。さらにtを10μm程度の薄膜とし、tに比べWを極端に大きく(たとえば1000倍程度)、Lをtの例えば10倍程度とすることにより、熱電材料の体積(LtW)を通常のペルチェモジュールに使用される熱電材料の体積の1/100程度に減らすことができる。これにより、省資源によるコストダウン、環境適合性が大幅に向上する。   In addition, in order to obtain a temperature difference by flowing current in the in-plane direction of the thermoelectric material (5a-5h, 6a-6h) formed into a thin film, the distance from the low temperature side to the high temperature side can be increased, and the temperature difference is increased. Can be taken. Specifically, the thickness of each thermoelectric material (5a to 5h, 6a to 6h) is t, the width is W (see FIG. 1), the length is L (see FIG. 3), and each electrode (2a to 2h, 3a to 3i). ) Is assumed to be Lc (see FIG. 3), the current flows in the in-plane direction of the thin film, so that a temperature difference is also applied in the in-plane direction, and L can be increased even in the thin film. A large temperature difference can be taken. In addition, by making W significantly larger than t (for example, about 1000 times) and L for about 10 times t, for example, the element form factor (L / tW) can be made equivalent to that of a normal Peltier module. Therefore, the same characteristics (resistance, heat absorption, efficiency, etc.) as those of a normal Peltier module can be obtained. Further, by making t a thin film of about 10 μm, W is extremely larger than t (for example, about 1000 times), and L is made about 10 times t, for example, the volume of thermoelectric material (LtW) can be changed to a normal Peltier module. The volume of the thermoelectric material used can be reduced to about 1/100. As a result, resource saving and cost reduction and environmental compatibility are greatly improved.

なお、各電極(2a〜2h,3a〜3i)と各熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)との接合面は、接合部の電気抵抗および熱抵抗を小さくし、かつ周辺の電流密度および熱密度を小さくし損失を小さくするために、大きく取ることが望ましい(具体的には、Lc>t)。ただし、大きすぎると材料の無駄となるため最適値が存在する。また、同様の理由により、各電極(2a〜2h,3a〜3i)の厚みは各熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)の厚みよりも大きくすることが望ましい。   In addition, the bonding surface between each electrode (2a to 2h, 3a to 3i) and each thermoelectric material (5a to 5h, 6a to 6h) reduces the electrical resistance and thermal resistance of the bonded portion, and the current density and In order to reduce the heat density and the loss, it is desirable to make it large (specifically, Lc> t). However, if it is too large, the material is wasted and an optimum value exists. For the same reason, the thickness of each electrode (2a to 2h, 3a to 3i) is desirably larger than the thickness of each thermoelectric material (5a to 5h, 6a to 6h).

[第2の実施形態]
第2の実施形態による熱電モジュールの概略断面図を図4に示す。この熱電モジュールでは、各熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)の下面の基板(1)部分の一部にスリット状の断熱部(15)が形成されている。これにより、熱漏れを防ぎ性能を向上させることができる。断熱部(15)の形成手法としては、基板(1)のその部分(15)だけ材料を取り除くかポーラス状にする。例えば、基板(1)のその部分(15)だけ別の材料(低融点)で作っておき、熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)を蒸着した後にその部分(15)を熱処理で溶かすなどの方法がある。
[Second Embodiment]
A schematic cross-sectional view of a thermoelectric module according to the second embodiment is shown in FIG. In this thermoelectric module, a slit-like heat insulating portion (15) is formed in a part of the substrate (1) portion on the lower surface of each thermoelectric material (5a to 5h, 6a to 6h). Thereby, heat leak can be prevented and performance can be improved. As a method for forming the heat insulating portion (15), only the portion (15) of the substrate (1) is removed or made porous. For example, only the portion (15) of the substrate (1) is made of another material (low melting point), and after depositing the thermoelectric material (5a-5h, 6a-6h), the portion (15) is melted by heat treatment, etc. There is a way.

[第3の実施形態]
第3の実施形態による熱電モジュールの概略断面図を図5に示す。この熱電モジュールでは、基板(1)上面に形成される各吸熱側電極(2a〜2h)の表面積を各放熱側電極(3a〜3i)の表面積よりも大きくしている。これにより、基板(1)上面での吸熱面積を大きくすることができ、吸熱側の熱抵抗を下げて性能を上げることができる。また、基板(1)下面に形成される各放熱側電極(9a〜9i)の表面積を大きくすることにより、同様に放熱側の熱抵抗を下げることができる。
[Third Embodiment]
A schematic cross-sectional view of a thermoelectric module according to the third embodiment is shown in FIG. In this thermoelectric module, the surface area of each heat absorption side electrode (2a to 2h) formed on the upper surface of the substrate (1) is made larger than the surface area of each heat radiation side electrode (3a to 3i). As a result, the endothermic area on the upper surface of the substrate (1) can be increased, and the thermal resistance on the endothermic side can be lowered to improve performance. Further, by increasing the surface area of each heat radiation side electrode (9a to 9i) formed on the lower surface of the substrate (1), the heat resistance on the heat radiation side can be similarly lowered.

[第4の実施形態]
第4の実施形態による熱電モジュールの概略断面図を図6に示す。この熱電モジュールでは、基板(1)上面の吸熱側電極(2a〜2h)を放熱側電極(3a〜3i)よりも高く形成している。これにより吸熱側伝熱板(12)に溝加工をする必要がなくなるため作製が容易になる。吸熱側電極(2a〜2h)を放熱側電極(3a〜3i)よりも高く形成する方法としては、別部材を接合する、その部分だけメッキを厚くするなどの方法がある。
[Fourth Embodiment]
A schematic cross-sectional view of a thermoelectric module according to the fourth embodiment is shown in FIG. In this thermoelectric module, the heat absorption side electrodes (2a to 2h) on the upper surface of the substrate (1) are formed higher than the heat radiation side electrodes (3a to 3i). This eliminates the need for grooving the heat absorption side heat transfer plate (12), facilitating production. As a method of forming the heat absorption side electrodes (2a to 2h) higher than the heat dissipation side electrodes (3a to 3i), there are methods such as joining another member or thickening the plating only at that portion.

[第5の実施形態]
第5の実施形態による熱電モジュールの概略断面図を図7に示す。この熱電モジュールでは、各電極(2a〜2h,3a〜3i)の間に(基板(1)と各電極(2a〜2h,3a〜3i)との段差部分に)熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)が形成されている。これにより基板(1)と電極(2a〜2h,3a〜3i)上面を同一平面とする必要がなくなるため、基板(1)の作製が容易になる(基板(1)の上に銅箔がメッキされており、通常のプリント基板と同様の方法で作成可能となる)。このような熱電モジュールの作製法としては、基板(1)に電極(2a〜2h,3a〜3i)を形成し、その後、各電極(2a〜2h,3a〜3i)間に(基板(1)と各電極(2a〜2h,3a〜3i)との段差部分に)熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)を蒸着などで形成する。
[Fifth Embodiment]
A schematic cross-sectional view of the thermoelectric module according to the fifth embodiment is shown in FIG. In this thermoelectric module, between each electrode (2a-2h, 3a-3i) (on the step between the substrate (1) and each electrode (2a-2h, 3a-3i)) thermoelectric material (5a-5h, 6a ~ 6h) is formed. This eliminates the need for the upper surface of the substrate (1) and the electrodes (2a to 2h, 3a to 3i) to be the same plane, making it easier to fabricate the substrate (1) (copper foil plating And can be created in the same way as a normal printed circuit board). As a method for producing such a thermoelectric module, electrodes (2a to 2h, 3a to 3i) are formed on the substrate (1), and then between each electrode (2a to 2h, 3a to 3i) (substrate (1) And thermoelectric materials (5a to 5h, 6a to 6h) are formed by vapor deposition or the like at the step portions between the electrodes and the electrodes (2a to 2h, 3a to 3i).

[第6の実施形態]
第6の実施形態による熱電モジュールの概略断面図を図8に示す。この熱電モジュールでは、各電極(2a〜2h,3a〜3i)を各熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)の上に(基板(1)と各熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)との段差部分を覆うように)形成している。これにより基板(1)と電極(2a〜2h,3a〜3i)を同一平面とする必要がなくなるため、基板(1)の作製が容易になる。このような熱電モジュールの作製法としては、まず基板(1)に放熱側電極(3a〜3i,9a〜9i)のスルーホール(4)のみを形成し、基板(1)表面に熱電材料(5a〜5h,6a〜6h)を蒸着した後、放熱側電極(3a〜3i)と吸熱側電極(2a〜2h)を蒸着などで形成する。
[Sixth Embodiment]
A schematic cross-sectional view of a thermoelectric module according to the sixth embodiment is shown in FIG. In this thermoelectric module, each electrode (2a-2h, 3a-3i) is placed on each thermoelectric material (5a-5h, 6a-6h) (substrate (1) and each thermoelectric material (5a-5h, 6a-6h) And so as to cover the stepped part). This eliminates the need for the substrate (1) and the electrodes (2a to 2h, 3a to 3i) to be on the same plane, thus facilitating the production of the substrate (1). As a method for manufacturing such a thermoelectric module, first, only the through holes (4) of the heat radiation side electrodes (3a to 3i, 9a to 9i) are formed on the substrate (1), and the thermoelectric material (5a ˜5h, 6a to 6h), and then the heat radiation side electrodes (3a to 3i) and the heat absorption side electrodes (2a to 2h) are formed by vapor deposition or the like.

[第7の実施形態]
第7の実施形態による熱電モジュールの概略断面図を図9に示す。この熱電モジュールでは、基板をベース基板(1a)と断熱基板(1b)の積層基板とし、上面を断熱基板(1b)としている。この理由を以下に述べる。
[Seventh Embodiment]
FIG. 9 shows a schematic cross-sectional view of the thermoelectric module according to the seventh embodiment. In this thermoelectric module, the substrate is a laminated substrate of a base substrate (1a) and a heat insulating substrate (1b), and the upper surface is a heat insulating substrate (1b). The reason for this will be described below.

熱電モジュールに用いる基板はできるだけ断熱性能の良い(熱伝導率が小さい)ものが望ましい。熱伝導率を小さくする有効な方法として基板をポーラス状(発泡体)にすることが考えられる。しかしながら熱伝導率をできるだけ小さくするためには空孔部分の体積を大きくする(発泡率を大きくする)必要があり、これにより基板としての剛性や強度が低下してしまい、取り扱いが難しくなったり、モジュールとしての必要な強度が得られなくなる。逆に、剛性や強度を高くすると、十分な断熱性が得られず、モジュールの性能が低下してしまう。   It is desirable that the substrate used in the thermoelectric module has as good a thermal insulation performance as possible (low thermal conductivity). As an effective method for reducing the thermal conductivity, it is conceivable to make the substrate porous (foam). However, in order to reduce the thermal conductivity as much as possible, it is necessary to increase the volume of the void portion (increase the foaming rate), thereby reducing the rigidity and strength of the substrate, making it difficult to handle, The required strength as a module cannot be obtained. On the other hand, if the rigidity and strength are increased, sufficient heat insulation cannot be obtained, and the performance of the module is deteriorated.

本実施形態では、ベース基板(1a)に強度が高いものを使い、その上面に断熱性の高い基板(1b)を積層しているため、断熱性と剛性・強度とを両立することができ、性能が高く強度も高いモジュールを作製することができる。上面を断熱基板(1b)とする理由としては、上面に熱電素子(5a〜5h,6a〜6h)があり、この部分で温度差が付く(各放熱側電極(3a〜3i)と各吸熱側電極(2a〜2h)との間に温度差ができるため、基板の断熱性が悪いと各放熱側電極(3a〜3i)から各吸熱側電極(2a〜2h)に熱が逆流し性能が低下する)ため、この部分をできるだけ断熱する必要があるためである。逆にベース基板(1a)側は吸熱側電極(2a〜2h)との間に断熱層(1b)を介しているため熱の逆流は少なく、また、放熱側電極(3a〜3i,9a〜9i)のスルーホール(4)があるだけであり、この部分は同じ温度なので熱の移動はなく、断熱性が小さくても性能低下は小さい。   In the present embodiment, since the base substrate (1a) is used with high strength and the substrate (1b) with high heat insulation is laminated on the upper surface, it is possible to achieve both heat insulation and rigidity / strength, A module having high performance and high strength can be manufactured. The reason why the upper surface is the heat insulating substrate (1b) is that there is a thermoelectric element (5a-5h, 6a-6h) on the upper surface, and there is a temperature difference in this part (each heat radiation side electrode (3a-3i) and each heat absorption side) Since there is a temperature difference between the electrodes (2a to 2h), if the heat insulation of the substrate is poor, heat flows back from each heat dissipation side electrode (3a to 3i) to each heat absorption side electrode (2a to 2h), resulting in poor performance. This is because it is necessary to insulate this part as much as possible. On the contrary, the base substrate (1a) side has a heat insulating layer (1b) between the heat absorption side electrodes (2a to 2h), so there is little back flow of heat, and the heat radiation side electrodes (3a to 3i, 9a to 9i) ) Through-hole (4), and since this part has the same temperature, there is no heat transfer, and even if the heat insulation is small, the performance degradation is small.

このような基板を作製する方法としては、ベース基板(1a)の上に別の断熱基板(1b)を接合する、ベース基板(1a)上に断熱基板(1b)を蒸着などの方法により形成する、ベース基板(1a)の表面に熱処理や化学処理により断熱層(1b)を形成するなどがある。   As a method for manufacturing such a substrate, another heat insulating substrate (1b) is bonded on the base substrate (1a), and the heat insulating substrate (1b) is formed on the base substrate (1a) by a method such as vapor deposition. The heat insulating layer (1b) is formed on the surface of the base substrate (1a) by heat treatment or chemical treatment.

[その他の実施形態]
本発明の熱電モジュールでは吸熱側を上面(熱電材料が形成された面)に、放熱側を下面に記述されているが、これに限定されない。放熱側を上面に吸熱側を下面でも良い。
[Other Embodiments]
In the thermoelectric module of the present invention, the heat absorption side is described as the upper surface (the surface on which the thermoelectric material is formed) and the heat dissipation side is described as the lower surface, but this is not limitative. The heat dissipation side may be the upper surface and the heat absorption side may be the lower surface.

本発明の熱電モジュールではペルチェ効果を利用した冷却モジュールについて記述されているが、これに限定されない。同じ構造で、電源の代わりに負荷を接続し、吸熱側に外部より熱入力を与え、放熱側より放熱する(吸熱側の温度が放熱側よりも高くなる)ことにより、ゼーベック効果を利用した発電モジュールとすることができる。   Although the thermoelectric module of the present invention describes a cooling module using the Peltier effect, it is not limited to this. Power generation using the Seebeck effect with the same structure by connecting a load instead of a power supply, applying heat input to the heat absorption side from the outside, and dissipating heat from the heat dissipation side (the temperature on the heat absorption side is higher than that on the heat dissipation side) It can be a module.

本発明の熱電素子は、素子に電流を流すことによるペルチェ効果を利用して接合部を冷却あるいは発熱させる冷却装置等に好適である。   The thermoelectric element of the present invention is suitable for a cooling device or the like that cools or generates heat by using a Peltier effect by passing a current through the element.

第1の実施形態による熱電モジュールの概略平面図Schematic plan view of the thermoelectric module according to the first embodiment 第1の実施形態による熱電モジュールの概略平面図Schematic plan view of the thermoelectric module according to the first embodiment 第1の実施形態による熱電モジュールの概略断面図Schematic sectional view of a thermoelectric module according to the first embodiment 第2の実施形態による熱電モジュールの概略断面図Schematic sectional view of a thermoelectric module according to the second embodiment 第3の実施形態による熱電モジュールの概略断面図Schematic sectional view of a thermoelectric module according to the third embodiment 第4の実施形態による熱電モジュールの概略断面図Schematic sectional view of a thermoelectric module according to the fourth embodiment 第5の実施形態による熱電モジュールの概略断面図Schematic sectional view of a thermoelectric module according to a fifth embodiment 第6の実施形態による熱電モジュールの概略断面図Schematic sectional view of a thermoelectric module according to a sixth embodiment 第7の実施形態による熱電モジュールの概略断面図Schematic sectional view of a thermoelectric module according to a seventh embodiment

符号の説明Explanation of symbols

1 絶縁性基板
1a ベース基板
1b 断熱基板
2a〜2h 吸熱側電極
3a〜3i,9a〜9i 放熱側電極
4 スルーホール
5a〜5h p型熱電材料
6a〜6h n型熱電材料
15 断熱部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating board | substrate 1a Base board | substrate 1b Heat insulation board | substrate 2a-2h Heat absorption side electrode 3a-3i, 9a-9i Heat radiation side electrode 4 Through hole 5a-5h p-type thermoelectric material 6a-6h n-type thermoelectric material 15 Heat insulation part

Claims (11)

絶縁性基板(1)と、
前記絶縁性基板(1)の一方の面に形成された第1の電極(2b)と、
前記絶縁性基板(1)の前記一方の面に前記第1の電極(2b)と離隔して形成された第2の電極(3c)と、
前記絶縁性基板(1)の他方の面に形成され、前記絶縁性基板(1)に設けられたスルーホール(4)によって前記第2の電極(3c)と接続された第3の電極(9c)と、
前記絶縁性基板(1)の前記一方の面に前記第1の電極(2b)と前記第2の電極(3c)とに接するように薄膜形成された第1導電型の第1の熱電材料(5b)とを備える、
ことを特徴とする熱電素子。
An insulating substrate (1);
A first electrode (2b) formed on one surface of the insulating substrate (1);
A second electrode (3c) formed on the one surface of the insulating substrate (1) and spaced apart from the first electrode (2b);
A third electrode (9c) formed on the other surface of the insulating substrate (1) and connected to the second electrode (3c) by a through hole (4) provided in the insulating substrate (1). )When,
A first thermoelectric material of a first conductivity type formed in a thin film so as to be in contact with the first electrode (2b) and the second electrode (3c) on the one surface of the insulating substrate (1). 5b)
The thermoelectric element characterized by the above-mentioned.
請求項1において、
前記絶縁性基板(1)の前記一方の面に前記第1の電極(2b)および前記第2の電極(3c)と離隔して形成された第4の電極(2c)と、
前記絶縁性基板(1)の前記一方の面に前記第2の電極(3c)と前記第4の電極(2c)とに接するように薄膜形成された第2導電型の第2の熱電材料(6c)とをさらに備える、
ことを特徴とする熱電素子。
In claim 1,
A fourth electrode (2c) formed on the one surface of the insulating substrate (1) and spaced apart from the first electrode (2b) and the second electrode (3c);
A second thermoelectric material of the second conductivity type formed in a thin film on the one surface of the insulating substrate (1) so as to be in contact with the second electrode (3c) and the fourth electrode (2c). 6c)
The thermoelectric element characterized by the above-mentioned.
請求項1において、
前記絶縁性基板(1)の前記一方の面に前記第1の電極(2b)および前記第2の電極(3c)と離隔して形成された第4の電極(3b)と、
前記絶縁性基板(1)の前記他方の面に前記第3の電極(9c)と離隔して形成され、前記絶縁性基板(1)に設けられたスルーホール(4)によって前記第4の電極(3b)と接続された第5の電極(9b)と、
前記絶縁性基板(1)の前記一方の面に前記第1の電極(2b)と前記第4の電極(3b)とに接するように薄膜形成された第2導電型の第2の熱電材料(6b)とをさらに備える、
ことを特徴とする熱電素子。
In claim 1,
A fourth electrode (3b) formed on the one surface of the insulating substrate (1) so as to be separated from the first electrode (2b) and the second electrode (3c);
The fourth electrode is formed on the other surface of the insulating substrate (1) by being separated from the third electrode (9c) and by a through hole (4) provided in the insulating substrate (1). A fifth electrode (9b) connected to (3b);
A second thermoelectric material of the second conductivity type formed in a thin film on the one surface of the insulating substrate (1) so as to be in contact with the first electrode (2b) and the fourth electrode (3b). 6b)
The thermoelectric element characterized by the above-mentioned.
請求項1において、
前記第1の電極(2b)および前記第2の電極(3c)の各々と前記第1の熱電材料(5b)との接合部の幅は前記第1の熱電材料(5b)の厚みよりも大きい、
ことを特徴とする熱電素子。
In claim 1,
The width of the junction between each of the first electrode (2b) and the second electrode (3c) and the first thermoelectric material (5b) is larger than the thickness of the first thermoelectric material (5b). ,
The thermoelectric element characterized by the above-mentioned.
請求項1において、
前記第1の電極(2b)および前記第2の電極(3c)の各々の厚みは前記第1の熱電材料(5b)の厚みよりも大きい、
ことを特徴とする熱電素子。
In claim 1,
The thickness of each of the first electrode (2b) and the second electrode (3c) is larger than the thickness of the first thermoelectric material (5b).
The thermoelectric element characterized by the above-mentioned.
請求項1において、
前記絶縁性基板(1)は、
前記第1の熱電材料(5b)が形成されている部分の下部の少なくとも一部分に断熱部(15)が形成されている、
ことを特徴とする熱電素子。
In claim 1,
The insulating substrate (1) is
A heat insulating part (15) is formed in at least a part of the lower part of the part where the first thermoelectric material (5b) is formed;
The thermoelectric element characterized by the above-mentioned.
請求項1において、
前記第1の電極(2b)の表面積は前記第2の電極(3c)の表面積よりも大きい、
ことを特徴とする熱電素子。
In claim 1,
The surface area of the first electrode (2b) is larger than the surface area of the second electrode (3c).
The thermoelectric element characterized by the above-mentioned.
請求項1において、
前記第1の電極(2b)は前記第2の電極(3c)よりも前記絶縁性基板(1)の垂直方向に高く形成されている、
ことを特徴とする熱電素子。
In claim 1,
The first electrode (2b) is formed higher in the vertical direction of the insulating substrate (1) than the second electrode (3c).
The thermoelectric element characterized by the above-mentioned.
請求項1において、
前記第1の熱電材料(5b)は、
前記第1の電極(2b)および前記第2の電極(3c)の各々と前記絶縁性基板(1)との段差部分に形成されている、
ことを特徴とする熱電素子。
In claim 1,
The first thermoelectric material (5b) is:
Formed on the step portion between each of the first electrode (2b) and the second electrode (3c) and the insulating substrate (1);
The thermoelectric element characterized by the above-mentioned.
請求項1において、
前記第1の電極(2b)および前記第2の電極(3c)の各々は、
前記第1の熱電材料(5b)と前記絶縁性基板(1)との段差部分を覆うように形成されている、
ことを特徴とする熱電素子。
In claim 1,
Each of the first electrode (2b) and the second electrode (3c)
Formed so as to cover a step portion between the first thermoelectric material (5b) and the insulating substrate (1);
The thermoelectric element characterized by the above-mentioned.
請求項1において、
前記絶縁性基板(1)は、
ベース基板(1a)と断熱基板(1b)との積層基板で構成されている、
ことを特徴とする熱電素子。
In claim 1,
The insulating substrate (1) is
Consists of a laminated substrate of a base substrate (1a) and a heat insulating substrate (1b),
The thermoelectric element characterized by the above-mentioned.
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